西安交大在二维材料力学行为研究方面取得重要进展

泊松比是材料的一个基本力学性质，表征了材料在受到沿纵向方向的应变时，在横向方向上的力学（应变）响应。对于大多数材料，泊松比是正值；在极少数情况下，材料具有负的泊松比。负泊松比材料受到纵向拉伸时，其在横向膨胀，这种不寻常的力学特性赋予了负泊松比材料非凡的机械力学性能。近年来，二维纳米材料由于其独特的物理性能，已经成为材料领域研究的热点。为了设计具有特殊功能特性的先进纳米机电设备，开发具有优异力学性能的天然二维纳米材料变得日益迫切。因此，探索和调控二维材料中的负泊松比效应引起了科研人员广泛关注。

近日，西安交通大学材料学院强度室的邓俊楷副教授研究小组同澳大利亚墨尔本大学的 Zhe Liu 副教授合作研究，利用第一性原理计算，在具有褶皱结构的二维 IV 族单硫化物 MX （ M=Sn, Ge 而 X=S, Se ）中发现了材料在厚度方向上具有负泊松比效应。通过深入分析，研究发现材料的泊松比性质与二维材料独特的褶皱结构和电子结构密切相关。同时，基于对泊松比微观机理的理解，文章提出了利用电子掺杂和应变工程的方法，对二维褶皱材料的泊松比进行设计和调控。通过电子掺杂，可以对二维材料 GeSe 的泊松比 ν zy 进行连续调控（从 -0.821 到 0.895 ）；而通过应变工程，二维材料 GeSe 的泊松比 ν zx 将在正值（ 0.583 ）和负值（ -0.433 ）之间转换。本研究在类黑磷烯二维材料中发现了可调控的负泊松比效应，有望为设计和开发具有特殊力学性能的“二维智能（材料）器件”提供理论指导。

本项研究成果最近以 “Tunable auxetic properties in group-IV monochalcogenides monolayers” 为题发表在凝聚态物理领域的国际著名期刊 Physical Review B 上。西安交通大学是该论文的第一作者单位和第一通讯单位，第一作者是材料学院一年级硕士生孔铣，论文内容是其参与前期大创实验和本科毕业设计的部分研究结果。

本项研究得到了国家自然科学基金面上项目、 港澳与海外学者合作研究基金项目、创新群体项目，以及创新引智111计划2.0项目和 中央高校基本科研业务费 的资助。研究工作主要在西安交大高算平台上完成。